铁路信号设备.doc

绪 论

一、铁路信号设备的地位是组织指挥列车运行，保证行车安全，提高运输效率，传递信息，改善行车人员劳动条件的关键设施。铁路信号的基础设备：信号继电器、信号机、轨道电路、转辙机等。
1、信号继电器是铁路信号中所用各类继电器的统称。安全型继电器是信号继电器的主要定型产品，采用24V 直流系列的重弹力式直流电磁继电器，其基本结构是无极继电器。电磁原理使其吸合，依靠重力使其复原。利用其接点控制相应的电路。在无极继电器的基础上，派生出了加强接点继电器、整流式继电器、有极继电器、偏极继电器和单闭磁继电器等以满足电路的不同要求。采用插入式结构，便于更换。交流二元二位继电器是交流感应式继电器，因其具有可靠的频率和相位选择性，在25HZ相敏轨道电路中用做轨道继电器。动态继电器是双机热备计算机联锁的接口部件。
2、信号机和信号表示器构成信号显示，用来指示列车运行和调车作业的命令。在列车提速的情况下，迫切需要将机车信号主体化，其显示方式也逐步实现数字化。
3、轨道电路用来监督列车对轨道的占用和传递行车信息。站内采用25HZ反映列车占用情况。移频轨道电路是移频自动闭塞的基础，通过它发送各种行车信息。分为有绝缘和无绝缘两种。无绝缘又为谐振、衰耗式，还要研发数字编码轨道电路，以满足列车运行超速防护的需要。轨道电路有调整状态、分路状态和断轨状态三种最基本的工作状态，其基本参数有道岔电阻、钢轨阻抗等。
4、转辙机用于完成道岔的转换和锁闭，是关系行车安全的最关键设备。内锁闭方式的ZD6系列，外锁闭方式的S700K。
二、铁路信号控制设备易遭雷击，造成设备的损坏或误动，严重影响运输生产，对信号设备必须采取必要的防雷措施。凡与外线连接的信号设备必须设防雷装置。同时还需要设置防雷地线、安全地线、屏蔽地线。
三、信号设备大体上可以分为车站联锁设备、区间闭塞设备、机车信号和列车运行控制设备、调度监督和调度集中、驼峰调车、道口信号设备等，信号现代化的方向是数字化、网络化、智能化和综合化。

第一章 信号继电器

第一节 信号继电器概述

一、继电器的基本原理
1、组成：由接点系统和电磁系统两大部分组成，电磁系统由线圈、固定的铁心、轭铁以及可动的衔铁。接点系统由动接点、静接点构成。

2、动作原理
当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态、从而反映输入电流的状况。图1-1中可以说明继电器最基本的工作原理：
线圈通电→产生磁通（衔铁、铁心）→产生吸引力→克服衔铁阻力→衔铁吸向铁心→衔铁带动动接点动作→前接点闭合、后接点断开
电流减少→吸引力下降→衔铁依靠重力落下→动接点与前接点断开，后接点闭合
可见，继电器具有开关特性，利用其接点的通、断电路，从而构成各种控制表示电路。如图1-1所示红、绿灯的控制。
二、继电器的继电特性
回差特点：吸起值、释放值不一样。吸起值＞释放值
三、继电器的作用
能够以极小的电信号控制执行电路中相当大的对象，能够控制数个对象和数个回路，也能控制远距离的对象。有着良好的开关性能：闭合阻抗小、断开阻抗大，有故障→安全性能，能控制多回路、抗雷击性能强、无噪声、温度影响小等。
在以继电技术构成的系统中，大量使用，在以电子元件和微机构成的系统中，作为接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。
四、铁路信号对继电器的要求
1、安全、可靠
2、动作可靠、准确
3、使用寿命长
4、有足够的闭合和断开电路的能力
5、有稳定的电气特性和时间特性
6、保持良好的电气绝缘强度。
五、信号继电器的分类
1、按动作原理分：电磁、感应继电器
2、按动作电流分：直流（无极、偏极、有极）交流继电器
3、按输入物理量：电流、电压继电器
4、按动作速度：正常、缓动继电器
5、按接点结构：普通接点、加强接点继电器
6、按工作可靠度：安全型、非安全型（前者称为N，重力式继电器，后者称为C型弹力式继电器）

第二节 安全型继电器
一、安全型继电器概述
AX系列安全型继电器是直流24V系列的重弹力式直流电磁继电器，其典型结构为无极继电器，其它各型号都是由其派生而成。因此，决大部分零件都能通用。
1、插入式和非插入式
外观上是否有防尘罩，前者单独使用，后者匝内使用。
2型号的表示法
采用汉字拼音字母和数字表示，字母表示继电器种类，数字表示线圈的阻值，例如：

3、安全型继电器的品种及用途
无极、无极加强接点、无极缓放、无极加强接点缓放、整流式、有极、有极加强、偏极、单闭磁等5种9类20品种及3个派生品种。
4、继电器插座
鉴别销孔；详细介绍继电器接点编号与实际端子的对应关系。

5、安全型继电器的特点：
前接点代表危险侧信息
后接点代表安全侧信息
故障——安全原则：发生安全侧故障的可能性远远大于发生危险侧故障的可能性，处于禁止运行的状态的故障有利于性车的安全称为安全侧，处于允许运行状态的故障可能危及性车安全，称为危险侧故障。由于其在故障情况下，使前接点闭合的概率远远小于后接点闭合的概率。
6、安全性继电器的寿命
电寿命2×10（5-6）、机械寿命10×10（6）
二、安全型继电器的结构和动作原理
1、无极继电器
（1）、结构：电磁系统（线圈、铁心、轭铁、衔铁）接点系统（拉杆、动静接点组）
（2）、动作原理：电→磁→力→动作拉杆，F吸引力＞F重力为吸起状态。
（3）、F吸引力＜F重力为落下状态
（4）、无极特性
无极加强接点继电器是为通断功率较大的信号电路而设计的；它的普通接点与无极继电器的接点相同，加强接点组由加强动接点单元和带磁吹弧器的加强接点单元组成，为防止接点组间的飞弧短路，在两组加强接点间安装了既耐高温、又具有良好的绝缘性能的云母隔弧片。隔弧片铆在拉杆上为保证加强接点的安装空间，增加空白单元。

2、整流式继电器
整流继电器JZXC-480与无极型基本一致，仅在接点组上安装了二极管组成的半波或全波整流电路。输入的是交流电源，经整流后再送入线圈。使用中注意其电源端子1、4短接。
3、有极继电器JYJXC-135/220
具有定位和反位两种稳定状态。刃形的长条形永久磁钢代替了部分轭铁。由于有永久磁钢的存在，于是使得磁路系统中有了两条固定磁路由其保持在断电后继电器的状态。当通入电源后固定磁路在δ1、δ2处与电磁路之间进行比较，使衔铁相应发生运动改变其状态。

有极继电器
4、偏极继电器
鉴别电流的极性，在方形极靴前装有人形永久磁钢。只有线圈中的电源极性1+、4-，继电器才励磁。

偏极继电器
三、安全型继电器的特性
1、机械特性：机械特性与牵引特性之间的配合保证其可靠吸合与落下。
2、电气特性：电器特性是安全型继电器的基本要求，也是设计和实现信号逻辑电路的依据。其包括额定值，AX系列继电器的额定电压为24V；充磁值；释放值；工作值，不大于额定值的70% ；反向工作值，不大于工作值得120%；转极值，即使有极继电器衔铁转极的最小电流或电压值；反向不工作值。
释放值和工作值之比称为返还系数，返还系数对于信号继电器有着特别重要的意义，返还系数高标志着继电器的落下越灵敏。规定普通继电器的返还系数不小于30%，缓放型继电器不小于20%，轨道继电器不小于50%。
3、时间特性
常用在继电器线圈两端并联RC串联电路，达到缓吸缓放的目的。
四、安全型继电器的接点
继电器接点是继电器的执行机构，通过接点来反映继电器的状态，进行电路的控制。对于继电器接点有较高的要求，从接点材料到接点结构，从接点组数到接点容量。对频繁通断大电流的接点，还必须采取灭火花措施。
1、对接点系统的要求：接点闭合时，接触可靠，接触电阻小而且稳定；接点断开时，要可靠分开，接点间电阻为无穷大，即有一定的间隙；接点闭合和断开过程中没有颤动；不发生熔接；耐各种腐蚀；导热率和导电率要高；使用寿命长。
2、接点参数：接点压力；接点齐度；接点间隙；接点滑程；节电
3、接点容量：即继电器接点所允许通过的最大电流。
4、接点材料：一般继电器要求接点材料的电阻系数小，抗压强度低，而且选用不宜氧化或其氧化物电阻率小。
5接点的接触形式：分为点接触、面接触、线接触三种。如JWXC型无极继电器的接点采用点接触方式。JYJXC-135/220型加强接点有极继电器，其接点采用面接触方式。

6、接点灭火花电路：采用灭火花电阻与接点并联是最常用的方法，在接点断开瞬间，电感负载所产生的感应电流流经并联在接点上的电容和电阻串联电路，使接点上的电压降至击穿空气隙电压之下，而避免发生火花。此时，磁场能量消耗在回路电阻上。
7、熄灭接点电弧：当电路中电流较大时（大于产生电弧的临界电流I0）时，接点断开过程中，由于在强大电场作用下从负极发出的电子具有足够大的能量使气体气子发生强烈游离，就在接点间产生电弧，电弧温度很高，会引起接点材料的蒸发与喷溅，更增加了接点的电腐蚀，同时还引起接点的表面氧化。必须设法熄灭接点电弧。

最常用的方法是磁吹弧，这种方法是利用磁场的电磁力把电弧拉长，起到增大接点间距离的作用。使电弧拉长到加在接点间的电压不足以维持电弧燃烧所需的电压而自行熄灭。

磁吹弧的方向根据左手定则确定，如图所示。此时要求通过接点电流的方向，应符合使接点间电弧向外吹的原则。否则，向内吹弧，非但不会熄灭电弧，还会造成接点的损伤。加强接点上用磁吹弧的继电器都规定了接点的正负极性，使用中要注意其方向。
永久型磁吹弧的优点：可节省铜线和绝缘材料，灭弧系统结构简单；灭弧能较稳定；没有电能消耗；可使接点开距缩小。

第三节 时间继电器
时间继电器JSBXC-850是一种缓吸继电器，借助电子电路，获得180、30、13、3秒的四种延时。
一、JSBXC-850型半导体时间继电器
1、延时电路：主要借助RC的充放电，使单结晶体管的基极电位发生变化，导致其导通和截止。
2、延时时间：改变R的阻值实现。
3、其他元件作用
二、JSBXC1-850型时间继电器
采用微电子技术，通过单片机软件设定不同的延时时间。电路分为输入电路、控制电路、电源电路和动态输出电路

第六节 交流二元二位继电器
交流二元二位继电器中的二元指有两个相互独立而又相互作用的交变电磁系统，二位指继电器有吸起和落下两种状态。根据频率的不同有25HZ和50HZ两种。JRJC1-7/240用于交流电化区段25HZ相敏轨道电路中作为轨道继电器，它由专设的25HZ铁磁分频器供电，具有可靠的频率相位的选择性，对于轨端绝缘破损和不平衡造成的50HZ的干扰能可靠的防护，另外还有动作灵活的翼板转动系统、坚固的整体结构、经久耐用、维护方便。

一、交流二元二位继电器的结构
1、电磁系统
局部电磁系统：是由局部铁心和局部线圈组成。
轨道电磁系统：是由轨道铁心和轨道线圈组成。
2、翼板
将电磁系统的能量转换为机械能的关键部件1.2mm 厚的铝板冲裁而成。在翼板一侧的主轴上还安装一块2.0mm厚由钢板制成的止挡片，与轴成一整体，使翼板转至上下极端位置时受到限制。
3、接点组
具有常闭和常开各两组
二、工作原理
1、 相位的选择性
电→磁→涡流→力，局部电压相位超前轨道相位90°。
2、 频率的选择性
当50HZ的电压加在轨道线圈上时，其产生的转矩在一个周期内的平均值为零。因此，在干扰电流混入与25HZ的局部线圈相作用不会使继电器误动作。由于其具有良好的频率选择性，便于实现站内电码化。

第八节 继电器的应用

应用继电器构成的各种控制表示电路，统称继电电路。
一、选择继电器的一般原则
1、继电器的类型、线圈电阻，应满足各种电路的基本要求。
2、电路中串联使用继电器时，串联继电器的数量满足电压的要求。
3、继电器接点通过的电流不应小于电路的工作电流，必要时采用并联。
4、继电器接点数量不够时（不能满足电路要求时），设置复示继电器反映主继电器工作状态。
5、电路中串联继电器接点时，接点的接触电阻满足电路要求（不影响电路正常工作）
二、继电器的表述
1、继电器的名称符号
根据主要用途和功能命名。如：按钮继电器为AJ，信号继电器为XJ等。对于同一功能和作用的继电器不止一个时，名称必须加以区别。如：XLAJ，SLAJ等。
2、继电器的定位
（1）、继电器的定位状态必须和设备的定位状态一致。如：信号机以关闭为定位状态；道岔以开通定位为定位状态，轨道电路以空闲为定位状态。
（2）、继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致，满足故障——安全原则。如：信号继电器落下---信号机的关闭，轨道继电器的落下----轨道电路被占用。在电路中，凡是以吸起为定位状态的继电器，其接点和线圈均以“↑”符号表示，凡是以落下为定位状态的继电器，其接点和线圈以“↓”表示。
（3）、继电器的符号，对于线圈必须注明其定位状态箭头和线圈端子号。对于其接点只须标出其接点组号，而不必详细标明动、前、后接点号。但必须标出箭头方向。
总体原则：
继电器吸起-----（动）中接点与前接点闭合，与后接点断开。继电器落下----（动）中接点与前接点断开，与后接点闭合。
三、继电器线圈的使用：必须满足继电器的工作安匝和释放安匝。
串联：前后线圈串联；如：JWXC-1700
并联：前后线圈并联；如：JWXC-850/850
单线圈使用时，为了保证得到与两线圈串联使用同样的工作安匝，通过线圈的电流必须比串联时大一倍，所消耗功率也大一倍。此时，电源容量要大，线圈易发热。因此，继电器大都采用两线圈串联使用的方法。但当电路需要时，也采用分线圈使用的方法。两线圈并联使用时，所需电压比串联时低一半，一般使用在较低电压的电路中。
四、继电器基本电路
1、串联电路
实现“与”的功能
2、并联电路
实现“或”功能
3、串并联电路
4、自闭电路
当继电器吸合之后，由自身前接点构成，用来继续保持继电器励磁导通的电路。
5、互切电路
在励磁电路中串联另一继电器的后接点。
五、继电器电路的分析法
1、动作程序法
反映继电器电路时序因果关系， 并不严格表达逻辑功能。
2、图解法
3、接通经路法（跑电路法，经常使用）
仅仅表达的是继电电路的导通路径，而不能反映电路的逻辑功能。
六、继电器电路的安全措施
常见的故障有：熔断器熔断、断线、脱焊、螺丝松脱、线圈烧坏、接点接触不良、线路混入电源等。
电路开路（断线故障）：使继电器错误落下，或不能吸起
电路短路（短路故障）：使继电器错误吸起，或不能落下
1、断线防护电路
2、混线防护电路
（1）、位置法：将继电器和电源分别设在可能混线位置的两侧。
（2）、极性法：室外电路混入电源而采取的措施
（3）、双断法：在电路的去线和回线上都接入同样的控制接点。
（4）、独立电源法：电源隔离法，设立专用变压器。